Assessment of the seasonal dynamics of the normalized differential vegetation index (NDVI) and its correlation with climate predictors in wetlands “La Tembladera” (Ecuador)

Wetlands are considered critical ecosystems due to declining quality of their ecosystems services. Nevertheless, there have not been any climate related researched devoted to vegetation condition and biomass amount. Thus, this study examines the seasonal dynamics of vegetation and its correlations with climatic factors. This study is important for understanding of the regulatory function of this ecosystem during climate change. Two Landsat OLI8 images made in 2020 were analyzed. One image refers to the rainy season (April 12), and the other to the dry season (August 2). The radiometric and atmospheric corrections of the images and the determination of the boundaries of the study site (ROI) were developed in ENVI 5.3 program. The normalized differential vegetation index (NDVI) was calculated with ENVI 5.3 program (histograms allowed to determine biomass), and with ArcGIS 10.3 (for classification index). The Pearson coefficient (r) and the Statistica software were applied to determine the correlations between the variables. The linear relationship between the NDVI, the amount of biomass and the climatic variables was identified. In the rainy season (April) with higher temperature and precipitation, the NDVI was >0.5 and the biomass was 372613.0 t in the major part of “la Tembladera”, while in the dry season (August) with a lower temperature and precipitation rate, both the NDVI (0.14-0.5) and the biomass (333856.95 t) decreased in a considerable area of the wetland. Consequently, the seasonal dynamics of vegetation and its biomass is caused by fluctuations in these climatic variables. Thus, the biomass increased during the rainy season (higher precipitation, temperature, and humidity). These results can be used to further modelling the effects of climate change in these ecosystems.

Водно-болотные угодья считаются критическими экосистемами из-за снижения качества экосистемных услуг. Тем не менее, исследований состояния растительности и количества биомассы, связанных с климатическими факторами, не существует. Таким образом, данное исследование направлено на изучение сезонной динамики растительности и ее взаимосвязи с климатическими факторами, что важно для понимания регулятивной функции данной экосистемы в ходе климатических изменений. Были проанализированы два снимка Landsat OLI8 2020 года. Одно изображение относится к сезону дождей (12 апреля), а другое - к засушливому сезону (2 августа). Радиометрические и атмосферные поправки изображений и определение границ исследуемого участка (ROI) были разработаны в программе ENVI 5.3. Нормализованный дифференциальный вегетационный индекс (NDVI) рассчитывался с помощью программы ENVI 5.3 (гистограммы позволяли определять биомассу) и с помощью ArcGIS 10.3 (для индекса классификации). Для определения корреляции между переменными применялись коэффициент Пирсона (r) и программа Statistica. Была определена слитная корреляционная линейная зависимость между NDVI, количеством биомассы и климатическими переменными. В сезон дождей (апрель) с более высокой температурой и интенсивностью осадков NDVI составлял >0,5 на большей части территории «Ла Тембладера», а биомасса составляла 372613,0 т, тогда как в сухой сезон (август) с более низкой температурой и более низкими осадками, на большей части площади NDVI снизился (0,14-0,5), а биомасса составила 333856,95 т. Коэффициент Пирсона подтвердил прямую корреляцию (r=1) между биомассой, осадками, температурой и влажностью. Следовательно, сезонная динамика растительности и ее биомассы обусловлена колебаниями именно этих климатических переменных. Таким образом, в сезон дождей (более высокие осадки, температура и влажность) биомасса увеличивалась. Эти результаты могут быть использованы для последующего моделирования последствий изменения климата в данных экосистемах.